液化天然氣的儲存與安全

黃俊龍（長江大學 石油工程學院,湖北 武漢 430100）

液化天然氣的儲存與安全

黃俊龍（長江大學 石油工程學院,湖北 武漢 430100）

液化天然氣技術使得天然氣以液態形式存在，從而極大方便了天然氣的儲運與運輸，有力地推動了天然氣應用的發展。LNG應用技術還廣泛應用于供氣調峰、交通運輸、冷能利用等方便，本文主要介紹了關于LNG的儲存特性和儲存中遇到的問題，以及相應提出了解決方案。

液化天然氣；儲存；安全

隨著我國經濟的飛速發展，對清潔能源的需求日益提高，液化天然氣在新形勢下得到了很好的利用，LNG工業從起步到發展，各個環節都有顯著進步。LNG的儲存是產業鏈中至關重要的一環，對于儲存多采用LNG儲罐，它不僅僅是鏈接上游生產和下游用戶的設備，而且對于液化廠和接收站而言是一種投資。儲罐大型化的走勢在天然氣利用的增長和儲罐建造技術的成熟前提下已然是勢不可擋，與此同時也伴隨著或多或少的問題出現，我們必須關注問題的來源，采取相應的措施，避免事故的發生以及帶來的損失。

1　儲罐的形式和選型

1.1儲罐的形式

低溫常壓LNG儲罐按照儲罐的設置形式以及結構可以分成：地下儲罐和地上儲罐。對于地下罐而言主要有池內式和埋置式兩種；地上罐的類型比較多，有球形罐、單容罐、雙容罐和膜式罐，單容罐和雙容罐為雙層罐（分別有內外罐組成，中間填充保冷材料）。

1.2儲罐比較

對于LNG儲罐要求投資低、壽命長、安全可靠、技術先進，結構須高度完整，且便于制造，方便經濟，操作簡單。

地下罐的建設投資高昂，交付周期長，一般不選用。地下罐中雙容罐和全容罐，投資和交付周期相近，但安全水平低，單容罐投資少，結余費用可用于增加其他設備和安全裝置。全容罐和膜式罐投資都很高，但是安全性有保障，膜式罐優勢很明顯，但是制造加工難度大。單容罐、雙容罐與全容罐相對來說，罐體自身的投資低，交付周期短，但是，雙、單容罐的設計壓力和操作壓力均較低，需處理的BOG量就相應較多，BOG壓縮機及冷凝器的處理能力要求就變高，卸料時還需增加返回氣風機。因此LNG儲罐與相應配套設備投資和操作費用角度出發，單容、雙容罐卻高于全容罐。

2　LNG儲存特性

（1）分層

由于LNG是多組分混合物，因溫度和組分，液體密度的差異使儲罐內LNG發生分層。研究發現，儲罐內的瑞利數Ra大于2000，液體自然對流抑制了分層現象。實際運行中，導致液體分層的原因有兩種：一個是LNG的氮含量過高，一個是沖入LNG與原罐內液體密度差過大。

（2）老化

在儲存過程中，LNG各組分的蒸發量有差異，便會導致LNG的密度和組分變化，這個過程便叫做老化，該過程受液體初始氮含量影響甚大。因為氮組分是揮發性最強的成分，它先于其他成分先行揮發。多數情況下氮含量較低，老化LNG密度將隨時間減小。因為層間的密度差時產生分層和翻滾的關鍵，需了解液體組分和溫度對LNG密度的影響。

（3）翻滾

LNG屬于低溫液體，不可避免的可從環境中吸熱，已分層的液化天然氣，上層液體的溫度將會升高，隨蒸發進行，密度增大。而下層的液體密度會逐漸減小，當二者密度十分接近時，分界面消失，液層迅速混合并伴有大量液體蒸發，這就是翻滾。

（4）間歇泉和水錘現象

罐底有較長的且充滿LNG的豎直管路，由于LNG受熱，管內蒸發氣會不定時發生噴發現象。這是由于蒸發出的氣體不能及時上升到液面，溫度升高使得氣體密度減小，當浮力足以克服高度產生的壓力時，氣體會發生噴射，每過一段時間就會重復，形成間歇泉現象。當該處液體不斷排空和充注，使得甲烷蒸氣被重新冷凝，形成水錘現象。

3　LNG安全儲存技術

（1）儲罐材料

所用鋼材必須具有良好的低溫韌性、抗裂紋能力；并且具有較高的強度，以適應建造大容量罐的需要；同時具有良好的焊接性能。目前多采用9%鎳鋼、鋁合金、珠光體不銹鋼。

（2）LNG儲罐的充注

儲罐的充注管路應設計成為罐底和罐頂均可充注，防止LNG分層。首次充注前，儲罐須經過惰化處理（用惰性氣體置換空氣，以達到氣體的氧含量安全要求），避免形成天然氣和空氣混合物。充注LNG之前，還需用LNG蒸氣將惰性氣體置換出來，這個過程叫做純化。

（3）最大充裝量

LNG儲罐必須留有一定的空間，作為介質受熱膨脹之用，不得將儲罐充滿。液體數量與介質特性，設備工作壓力緊密相關，因為氣體受熱膨脹引起液位超高，可能導致溢出。空間大小需根據安全閥的設定壓力和沖注時的LNG情況來確定，儲罐需安裝液位測量和高液位報警器。

（4）儲罐壓力控制

LNG儲罐的內部壓力控制是最重要的防護措施之一，必須控制在允許壓力范圍之內。罐內壓力過高或過低都有潛在的危機，影響因素有充注時液體的快速閃蒸、大氣壓下降、熱量進入引起液體的蒸發或者誤操作，因此必須有可靠的壓力控制裝置和保護裝置，且需要具備足夠的排放能力，同時安裝真空安全裝置，感受罐壓和當地大氣壓，判斷罐內是否出現真空，即需充注LNG。

（5）儲罐安全防護

除壓力控制系統以外，LNG儲罐還需配備密度檢測設備來監控潛在的翻滾和層化的問題，以便及早采取措施，同時在內壁和罐底設溫度儀表來監測溫度情況。所有的進出口管線均需在罐頂，附屬儀表需設置足夠多的停機和報警裝置。

4　結語

LNG工業作為新興工業，我國雖然起步較晚，但是發展迅速。為了適應LNG工業的發展形勢，需要有更多的熟悉了解液化天然技術的經營管理、運行方面的知識。足夠重視LNG的儲存環節所出現的問題方能保障LNG技術的蓬勃發展和儲運過程中的安全，同時我國應該多借鑒外國的優秀經驗來提高自身水平，加大對LNG液化存儲技術的研究和開發。

［1］顧安忠，等.液化天然氣技術［M］.北京：機械工業出版

社，2003.

［2］黃帆.我國液化天然氣現狀及發展前景分析［J］.天然氣技術，2007（1）.

［3］先智偉，謝箴.世界LNG裝置現狀及發展［J］.天然氣與石油，2005（6）.